第四章-机器人分类.ppt

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1、1,山东大学创新教育通识核心课程 人工智能与机器人 cyj 86358137、88399323 山东大学,Artificial Intelligence and Robotics,2,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and Robotics,3,目前，世界上已经有了上万种机器人。这些形状各异、功能不同、种类众多的机器人，根据分类方法的不同，可以分成不同的类别，而且有着不同的认识。 关于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。,Artificial Intelligenc

2、e and Robotics,4,经过几十年的发展，机器人的技术水平不断提高，应用范围越来越广，从早期的焊接、装配等工业应用，逐步向军事、空间、水下、农业、建筑、服务和娱乐等领域不断扩展，结构形式也多种多样。因此，机器人的分类也出现了多种方法、多种标准。,Artificial Intelligence and Robotics,5,4.1 按机器人的机构特征来分 4.2 按机器人技术水平发展分 4.3 按照机器人的用途分 4.4 其他机器人分类,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and Robotics,2019/10/31,5,6,4.1 按机器人的机构

3、特征来分 4.2 按机器人技术水平发展分 4.3 按照机器人的用途分 4.4 其他机器人分类,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and Robotics,2019/10/31,6,7,4.1 按机器人的机构特征来分,按其构成机构的不同分类,直角坐标机器人 Cartesian coordinate 圆柱坐标机器人 Cylindrical coordinate 球面坐标机器人 spherical surface coordinate 极坐标机器人 Polar coordinate 多关节型机器人 Articulated robot 并联关节机器人 Parall

4、el linked robot 串并联关节机器人 Hybrid linked robot,8,机器人的机械配置形式多种多样，典型机器人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。按机构运动特征，机器人通常可分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和关节型机器人等类型。,4.1 按机器人的机构特征来分,9,4.1.1 直角坐标机器人,其运动是直线，控制简单。但运动灵活性较差，自身占据空间最大。,4.1 按机器人的机构特征来分,10,2019/10/31,10,创新实验室,4.1 按机器人的机构特征来分,直角坐标型操作机如图所示，它有三个移动关节(PPP)，可使末端操作器作三个方向的独立位移。

5、,11,4.1 按机器人的机构特征来分,12,直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。 直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。 主要用于印刷电路基板的元件插入、紧固螺丝等作业。,4.1 按机器人的机构特征来分,13,直角坐标机器人概念：工业应用中，能够实现自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、运动自由度间成空间直角关系、多用途的操作机。他能够搬运物体、操作工具，以完成各种作业。关于机器人的定

6、义随着科技的不断发展，在不断的完善，直角坐标机器人作为机器人的一种，其含义也在不断的完善中。,4.1 按机器人的机构特征来分,14,一、直角坐标机器人的特点： 1. 多自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。 2. 自动控制的，可重复编程，所有的运动均按程序运行。 3. 一般由控制系统、驱动系统、机械系统、操作工具等组成。 4. 灵活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 5. 高可靠性、高速度、高精度。 6. 可用于恶劣的环境，可长期工作，便于操作维修。,4.1 按机器人的机构特征来分,15,二、直角坐标机器人的应用： 因末端操作工具的不同，直角坐标机器人可以非常方便的用作各种自动化

7、设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。特别适用于多品种，便批量的柔性化作业，对于稳定，提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代期着十分重要的作用。,4.1 按机器人的机构特征来分,16,三、直角坐标机器人的分类： 1.按用途分：焊接机器人、码垛机器人、涂胶（点胶）机器人、检测（监测）机器人、分拣（分类）机器人、装配机器人、 排爆机器人、医疗机器人、特种机器人等。 2.按结构形式分：壁挂（悬臂）机器人、龙门机器人、倒挂机器人等 3.按自由度分：两坐标机器人、三坐标机器人、四坐标

8、机器人、五坐标机器人、六坐标机器人。 还有其他一些分法，这里就不一一介绍了。,4.1 按机器人的机构特征来分,17,4.1 按机器人的机构特征来分,18,4.1 按机器人的机构特征来分,19,4.1 按机器人的机构特征来分,4.1.2 圆柱坐标机器人,圆柱坐标型操作机如图所示，它有两个移动关节和一个转动关节(PPR)，末端操作器的安装轴线之位姿由(z，r，)坐标予以表示。 该种型式的工业机器人，空间尺 寸较小，工作范围较大，末端操作器 可获得较高的运动速度。它的缺点是 末端操作器离z轴愈远，其切向线位 移的分辨精度就愈低。,20,控制也较简单，运动灵活性稍好。但自身占据空间也较大。,圆柱坐标型

9、机器人模型,Verstran 机器人,Verstran 机器人,4.1 按机器人的机构特征来分,21,圆柱坐标机器人 手臂至少有一个回转关节和一个棱柱关节，其轴线按圆柱坐标配置，运动学模型简单直观，易于进入开口部分。,4.1 按机器人的机构特征来分,22,圆柱坐标机器人。柱面坐标机器人的空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。 这种机器人结构简单、刚性好，但缺点是在机器人的动作范围内，必须有沿轴线前后方向的移动空间，空间利用率较低。 主要用于重物的装卸、搬运等作业。著名的Versatran机器人就是一种典型的柱面坐标机器人。,4.

10、1 按机器人的机构特征来分,23,4.1 按机器人的机构特征来分,24,4.1 按机器人的机构特征来分,25,4.1 按机器人的机构特征来分,26,4.1.3 球面坐标机器人 如图所示，其空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，动作空间形成球面的一部分。其机械手能够作前后伸缩移动、在垂直平面上摆动以及绕底座在水平面上转动。著名的Unimate就是这种类型的机器人。其特点是结构紧凑，所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人，但仍大于多关节型机器人。,4.1 按机器人的机构特征来分,27,球坐标型操作机如图所示，它有两个转动关节和一个移动关节(RRP)，末端操作器的安装轴线之位姿由(， r)

11、坐标予以表示。该种型式的工业机器人，空间尺寸较小，工作范围较大,4.1 按机器人的机构特征来分,28,4.1 按机器人的机构特征来分,29,4.1.4 多关节型 ( RRR ) 关节型操作机如图所示，它有三个转动关节(RRR)，即机身上部相对于下部的转动Y0，肩关节的转动Z1和肘关节的转动Z2。 腕关节的转动Z3属于末端操作器的自由度。该种结构的工业机器人，空间尺寸相对较小，工作范围相对较大，还可以绕过机座周围的障碍物，是目前应用较多的一种机型。,4.1 按机器人的机构特征来分,30,关节坐标型 (3R) 其运动耦合性强，控制较复杂。但运动灵活性最好，自身占据空间最小。,关节型搬运机器人,关节

12、型焊接机器人,关节型机器人模型,4.1 按机器人的机构特征来分,31,平面关节型 (SCARA) 仅平面运动有耦合性，控制较通用关节型简单。但运动灵活性更好，铅垂平面刚性好。,SCARA型装配机器人,4.1 按机器人的机构特征来分,32,多关节型机器人。 由多个旋转和摆动机构组合而成。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最接近人的动作，对喷漆、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性，应用范围越来越广。不少著名的机器人都采用了这种型式，其摆动方向主要有铅垂方向和水平方向两种，因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。如美国Unimation公司20世纪70年代末推出的机器人PUMA

13、就是一种垂直多关节机器人，而日本山梨大学研制的机器人SCARA则是一种典型的水平多关节机器人。,4.1 按机器人的机构特征来分,33,4.1 按机器人的机构特征来分,34,4.1 按机器人的机构特征来分,35,2019/10/31,35,4.1.5 极坐标型 ( RRP ),4.1 按机器人的机构特征来分,36,极坐标系 在 平面内取一个定点O， 叫极点，引一条射线Ox，叫做极轴，再选定一个长度单位和角度的正方向(通常取逆时针方向)。对于平面内任何一点M，用表示线段OM的长度，表示从Ox到OM的角度， 叫做点M的极径，叫做点M的 极角，有序数对 (,)就叫点M 的极坐标，这样建立的坐标系叫 做

14、极坐标系。,x,M,4.1 按机器人的机构特征来分,37,极坐标型（也称球面坐标型）(2RP) 其运动耦合性较强，控制也较复杂。但运动灵活性好。占自身据空间也较小。,极坐标型机器人模型,Unimate 机器人,4.1 按机器人的机构特征来分,38,4.1 按机器人的机构特征来分,39,极坐标机器人 手臂有两个回转关节和一个棱柱关节，其轴线按极坐标配置，运动学模型较复杂，占用空间较小，操作范围大且灵活。,4.1 按机器人的机构特征来分,40,4.1 按机器人的机构特征来分,41,常用机器人结构分类表,42,4.1 按机器人的机构特征来分 4.2 按机器人技术水平发展分 4.3 按照机器人的用途分

15、 4.4 机器人 4.5 机器,第 四章 机器人的分类,Artificial Intelligence and Robotics,2019/10/31,42,43,按照机器人的技术发展水平可以将机器人分为三代。 4.2.1 第一代机器人是“示教再现”型。 这类机器人能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业。示教可以由操作员“手把手”地进行，比如，操作人员抓住机器人上的喷枪，沿喷漆路线示范一遍，机器人记住了这一连串运动，工作时，自动重复这些运动，从而完成给定位置的喷漆工作。这种方式即是所谓的“直接示教”。 但是，比较普遍的方式是通过控制面板示教。操作人员利用控制面板上的开关或键盘来控

16、制机器人一步一步地运动，机器人自动记录下每一步，然后重复。 目前在工业现场应用的机器人大多属于第一代。,4.2 按照机器人的技术发展水平分,44,工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。,4.2 按照机器人的技术发展水平分,45,示教输入型的示教方法有两种： 一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍； 另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。,4.2 按照机器人的技术发展水平分,46,示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。具有触觉、